Das PSI ist das grösste Forschungszentrum für Natur- und Ingenieurwissenschaften in der Schweiz. Es betreibt Spitzenforschung zu den Themen Materie und Material, Mensch und Gesundheit sowie Energie und Umwelt. Durch Grundlagen- und angewandte Forschung arbeitet es seit 1988 an nachhaltigen Lösungen für zentrale Fragen aus Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft.

Mit der Neutronenquelle, der Synchrotronlichtquelle und der Myonenquelle betreibt es Grossforschungsanlagen, die in der Schweiz – und teilweise weltweit – einzigartig sind. Jährlich kommen rund 2 400 Forschende aus der Schweiz und der ganzen Welt ans PSI, um hier Experimente durchzuführen. Das PSI betreibt neben seiner Forschung die einzige Anlage der Schweiz zur Behandlung von spezifischen Krebserkrankungen mit Protonen.

Von den rund 1 900 Mitarbeitenden des PSI sind 700 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern. Die Ausbildung von jungen Menschen ist ein zentrales Anliegen des PSI: ca. ein Viertel der Mitarbeitenden sind Postdoktorierende, Doktorierende oder Lernende. 2013 führten etwa 800 Doktorierende am PSI Messungen für ihre Doktorarbeit durch, 208 schrieben diese im Rahmen einer Vollzeitanstellung am PSI und 93 Lernende liessen sich in insgesamt 14 Lehrberufen ausbilden. Schülerinnen und Schüler, Studierende und Berufsleute werden im Schülerlabor iLab oder im PSI-Bildungszentrum aus- und weitergebildet.

2014 liegt der Schwerpunkt auf der nationalen Grossanlage SwissFEL, einem Freie-Elektronen-Röntgenlaser, der kurzzeitige Veränderungen atomarer und molekularer Strukturen sichtbar macht und auf die Bedürfnisse der Schweizer Forschung ausgerichtet ist.